Способ получения слоистого соединения графита с хлоридом железа (iii)

 

Изобретение относится к получению композиционных материалов, в частности соединений внедрения графита с хлоридом железа (III). Целью изобретения является повышение однородности целевого продукта и упрощение процесса. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе , включающем взаимодействие графита с продуктами реакции металлического железа и хлорирующего агента при нагревании , в качестве хлорирующего агента берут четыреххлористый углерод, металлическое железо используют з виде проволоки, которую нагревают до 8 0-950 К. Температура графита составляет 600-800 К. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 В 31/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4660588/26 (22) 10.03,89 (46) 15.03.92. Бюл. ¹ 10 (71) Институт химии поверхности АН УССР (72) А.А.Чуйко, В.К.Пикалов, В.А.Покровский, Г.В.Устюжанина, A,В.Морозов и

П,Ф.Устюжанин (53) 546.26(088.8) (56) Новиков Ю.Н. и др. Получение, структура и спектры ЯГР слоистых соединений графита с хлорида железа, — Журнал структурной химии, 1970, т.11, ¹6,,с.1039—

1047. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОИСТОГО

СОЕДИНЕНИЯ ГРАФИТА С ХЛОРИДОМ

ЖЕЛЕЗА (! II) Изобретение относится к получению композиционных материалов. в частности соединений внедрения графита с хлоридом железа (I I!).

Известны способы получения слоистых соединений графита (ССГ) с хлоридом железа (!!!), которые включают нагревание вакуумированной смеси графита с РеС!з в температурном диапазоне 473 — 673 К, а также раздельный нагрев графита и ЕеС!з в двухсекционной ампуле при 548 — 673 К в атмосфере сухого хлора.

Однако при использовании первого способа получают неоднородный продукт, загрязненный непрореагировавшей солью, а использование второго осложняется применением химически агрессивного хлора, гигроскопичностью имеющегося РеС!з - и большим временем проведения процесса.

Наиболее близким к предлагаемому яв- " ляется способ получения ССГ с FeCI3, в котором смесь графита с порошкообразным

„„ Ы„„1719307 А1 (57) Изобретение относится к получению композиционных материалов, в частности соединений внедрения графита с хлоридом железа (!!!). Целью изобретения является повышение однородности целевого продукта и упрощение процесса. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем взаимодействие графита с продуктами реакции металлического железа и хлорирующего агента при нагревании, в качестве хлорирующего агента берут четыреххлористый углерод, металлическое железо используют з виде проволоки, которую нагревают до 8 0 — 950 К, Температура графита составляет 600 — 800 К. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. металлическим железом нагревают в токе хлора в течение 6 ч при 473-673 К. После этого полученный продукт отмывают 10—

15 ф-ной соляной кислотой до полного удаления непрореагировавшей соли, а затем дистиллированной водой, и сушат при 393 К.

Недостатком этого способа является сложность и многостадийность процесса, а также неоднородность получаемого продукта. При непосредственном контакте порошка железа с графитом происходит загрязнение конечного продукта непрореагировавшими соединениями, При обработке продуктов внедрения растворителями (соляная кислота, вода) происходит вымывание хлорида из граничных областей зерен ССГ и внедрение молекул растворителя в решетку графита, что нарушает чистоту и однородность конечного продукта. Кроме того, обработка водой может приводить к частичному гидролиэу внедренного хлорида железа (! II) в гигроскопичном

ССГ. В укаэанном температурном диапазо1719307 не происходит разрушение ССГ наряду с его образованием. Использование в качестве реагента ядовитого, химически агрессивного хлора создает дополнительные технологические трудности.

Целью изобретения является повышение однородности целевого продукта и упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему взаимодействие графита с продуктами реакции металлического железа и хлорирующего агента при нагревании, в качестве хлорирующего агента будет четыреххлористый углерод, металлическое железо нагревают до

850 — 950 К, а графит выдерживают при 600—

800 К.

Для осуществления способа используют образцы пирографита марки ПГВ (TY 602-711 — 77). а также спрессованные таблетки дисперсного (чешуйчатого) графита марки ГСМ-1, стальную проволоку (ГОСТ

3282-74). Образцы готовят в рабочем объеме вакуумного универсального поста ВУП—

5. В рабочий объем BYfl-5 помещают образ ц графита, стальную проволоку закрепляют в токопроводя1цих контактах. Рабочий объем после предварительного нагрева графита в вакууме заполняют парами СС4

При нагреве током металлического железа в парах СС14 нэ его поверхности происходит диссоциация CCI4 с образованием летучего РеС1з. Нагретый графитовый образец приходит в контакт с парами FeC4.

Происходит образование ССГ. Исследование полученных образцов ССГ осуществляют на масс-спектрометре МС 7201М методом масс-спектрометрии вторичных ионов. С помощью методик послойного анализа в рамках метода масс-спектрометрии вторичных ионов получены профилограммы верхних слоев образцов ССГ.

Массовую долю FeC4 в ССГ определяют по относительной интенсивности выхода ионов железа (56 а.е.м.) и ионов углерода (12 а.е.м.) в различных точках профилогрэммы по формуле Fe KFe MFeC1g

IFå е еС1З 4 !с где KFe, Кс — коэффициенты относительной чувствительности;

IFе, Ic — относительные интенсивности выхода соответствующих ионов;

MFeCla, Mc — молекулярные веса.

Мерой однородности конечного продукта служит постоянство параметра а по всей исследуемой глубине образца. Воспроизводимость результатов масс-спектрометричеeKoI0 анализа изучена для 5 образцов.

Стандартное отклонение относительного

5 содержания хлорида железа (III) в графите не превышало 5%, Пример . Пластинку пирографита (0,5 г) предварительно вакуумируют при

900 К до остаточного давления 10" Па.

0 После охлаждения графита до 600 К реакционный объем заполняют парами СС14. осушенного над СаО2, и одновременно нагревают электрическим током стальную проволоку до 900 К. Графитовый образец

5 экспонируют в парах ГеС!з в течение 1 ч, Затем рабочий объем ВУП-5 откачивают до остаточного давления 10 Па, охлаждают образец до комнатной температуры и повышают давление до атмосферного.

0 Пример ы 2-5. Осуществляют аналогично примеру 1, однако изменяют темпера туру графита. Если температура графита ниже предлагаемого интервала (пример 4), ССГ содержит переменное количество FeClg по глу5 бине образца. Если температура графита выше предлагаемого интервала, снижается содержание ЕеС1з в конечном продукте.

Пример ы 6-9. Осуществляют аналогично примеру1, однако иэменяют емпераО туру металлического железа, а температура графита равна 700 К. Если температура металлического железа выше предлагаемого интервала (пример 8), то свойства ССГ не

5 улучшаются по сравнению с примером 7 (T950 К}. Следовательно, применение температуры выше 950 К нерационально, так как дополнительные энергетические затраты на нагревание железа не улучшают свойства

О конечного продукта. При температуре ниже предлагаемого интервала (пример 9} резко снижается содержание FeCb в ССГ, Пример 10. Осуществляют аналогично примеру 1, но вместо пластинки пирографита

5 используют таблетку графита марки ГСМ-1 (0,5 г).

Пример 11. Осуществляют аналогич. но примеру 2, но вместо пластинки пирографита используют таблетку графита ГСМ вЂ” 1

О (0,5 г), Достижение цели в этом случае показывает несущественность формы графита (пирографит или дисперсный графит).

Пример ы 12 — 14. Получение ССГ с

FeCIg по прототипу. Для этого смесь 1 r

5 графита марки ГСМ вЂ” 1 и 3 г порошка железа марки ч. помещают в трубчатую печь и нагревают в токе хлора в течение 6 ч, Затем охлаждают, отмывают 10 g,-ной соляной кислотой для удаления непрореагировавших железа и соли, промывают водой, после чего сушат при 393 К, 1719307

Таблица 1

Температура графита, К

Температура металичес кого железа. К

Относительное содержание хлорида железа (1И) в ССГ, ш, 7;; на гл бине об азца, мкм.

Пример

Примечание

0,3 0.6

0,9

1.2

900

850

53

76

41

ССГ однородно

То же

4 °

ССГ неоднородно

Низкое содержание

FeCIa

ССГ однородно

То же

24

54

74

52

77

51

73

49

39

79

79

800

700

79

64

78

79

66

78

78

63

Низкое содержание

FeC4

ССГ однородно

То же

ССГ неоднородно

То же

11

12 (прототип)

13 (прототип)

14 и ототип

71

48

53

72

58

53

74

ЗЗ

67

473

673

473

673

51

72

54

72

74

69

63

В табл.1 приведены данные по влиянию температуры графита и железа на однородность ССГ, Для определения влияния времени нагрева образцы графита выдерживают при 5

700 К (температура металлического железа

900 К) в течение 20, 40, 60, 80 и 100 мин.

После этого в каждом образце определяют параметр в на различной глубине, как описано выше. 10

Результаты масс-спектрометрического анализа представлены в табл.2.

Как видно из табл,2, и родолжител ьность нагрева влияет на относительное содержание хлорида железа (1И) в образце, а 15 однородность при этом практически не изменяется. При нагревании в течение более.

1 ч относительное содержание хлорида железа (III) практически не увеличивается.

Непрореагировавшие соединения в це- 20 левых продуктах отсутствуют как для известного, так и предлагаемого способов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить однородное слоистое соединение графита с высоким содержанием хлорида железа (И!). Способ не требует сложного аппаратурного оформления, существенно сокращает время проведения и роцессд,.

Формула изобретения

1, Способ получения слоистого соединения графита с хлоридом железа(1И), включающий взаимодействие графита с продуктом реакции хлорирующего агента и металлического железа при нагревании, о т л и ч а юшийся тем, что. с целью повышения однородности целевого продукта и упрощения процесса, в качестве хлорирующего агента берут четыреххлористый углерод. а металлическое железо используют в виде проволоки, которую нагревают до 850-950 К.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура графита во время взаимодействия составляет 600 800 К.

1719307

Таблица 2

П р и м е ч а н и е Температура графика 700 К, э железо -900 К.

Составитель Г.Устюжанина

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

Редактор Т.Лазоренко

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина. 101

Заказ 735 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5